蛋白质翻译后修饰是对蛋白质结构和功能的精细调节,是细胞生命活动中关键的调控机制。越来越多的证据表明翻译后修饰之间存在交互调控,并且这种交互调控可以精巧地调控复杂的细胞信号转导网络。磷酸化修饰是生命活动中最普遍也是研究最广泛的翻译后修饰,但是目前磷酸化修饰和酰化修饰交互调控的全局性认识仍然匮乏。本文利用基于质谱的蛋白质组学技术通量大、灵敏度高、定量准确性高的优势,对磷酸化修饰和酰化修饰以及磷酸化修饰和泛素化修饰之间的交互调控进行了深入的探讨。首先对AMPK（Adenosine 5‘-monophosphate-activated protein kinase）介导的磷酸化在DNA损伤反应中的分子机制,以及其与组蛋白乙酰化修饰之间的交互调控在其中的功能进行了探究。AMPK介导的磷酸化被广泛认为是能量代谢调控的核心,但是其在肿瘤细胞中的角色仍不明确。有研究显示AMPK可以通过调控DNA损伤反应参与肿瘤发生发展过程,而DNA损伤修复需要组蛋白修饰介导的染色质调节。基于此,我们首先利用TALENs（Transcription activator-like effector nucleases）技术在MEF（Mouse embryo fibroblasts）细胞上建立了AMPK功能缺乏条件下DNA损伤的生物模型。结合基于生物质谱的定量蛋白质磷酸化组学技术和组蛋白修饰分析技术,建立了对该生物模型中蛋白磷酸化修饰和组蛋白修饰交互调控行为研究的平台。蛋白磷酸化修饰的结果揭示了一系列DNA损伤中受AMPK调控的底物蛋白。随后的生物信息学分析提示AMPK在DNA损伤反应中的调控网络和DNA损伤修复、基因转录、染色质调控以及组蛋白修饰相关。进一步的对该生物模型的组蛋白修饰系统性分析结果反映了在DNA损伤中AMPK可以通过磷酸化底物蛋白间接调控组蛋白的乙酰化。该部分研究是首次结合大规模组学技术将AMPK置于DNA损伤中考察其调控功能,该研究结果一方面可能为进一步明确AMPK在肿瘤细胞中的功能和底物的研究提供新线索,另一方面也为探究磷酸化修饰和组蛋白酰化修饰提供新思路。其次,对磷酸化依赖的SCF（SKP1-CUL1-F-box）E3泛素连接酶介导的泛素降解机制进行了系统性的研究。在经典的SCF识别底物的机制中,底物的磷酸化往往是进一步泛素降解的先决条件,因此磷酸化依赖的泛素降解本质上是磷酸化和泛素化之间的一种交互调控。然而以往的SCF底物发现过程是基于已知的SCF底物识别模式,这种局限性导致磷酸化依赖的降解底物在很大程度上仍未被鉴定。我们创新性的通过整合分析磷酸化依赖型泛素化降解过程中的蛋白表达谱、磷酸化谱和转录组的动态变化,结合已有的公共数据库信息,确定了多种潜在的磷酸化依赖的降解底物。生化实验证实了其中部分底物为新型的潜在SCF磷酸化依赖的降解底物。通过生物信息学手段对这些底物上降解相关的磷酸化序列进行分析揭示了多种潜在新型磷酸化降解决定子（phosphodegron）。我们挑选了和肿瘤发展密切相关的BAG3（Bcl-2-associated athanogene 3）蛋白,对其降解机制进行深入的验证。结合BAG3的互作蛋白质组分析和免疫共沉淀等分子生物学实验,我们确定了FBXO22（F-box only protein 22）通过直接结合BAG3介导其泛素化降解。基于文献和磷酸化组学结果,以及点突变实验和激酶抑制剂实验,证明了FBXO22调控的BAG3的泛素降解依赖于S377的磷酸化且受ERK（Extracellular signal-regulated kinase）调控。对该位点附近的氨基酸序列分析结合模拟的结构生物学分析,我们发现SCF^FBXO22通过识别保守的磷酸化氨基酸序列---“XXPpSPXPXX”靶向降解目标底物。最后,在HeLa细胞中我们通过FBXO22敲除或外源性表达BAG3 S377A突变体的实验,证明了FBXO22对BAG3磷酸化依赖的泛素降解机制调控缺陷会通过抗凋亡和引起细胞周期进程的紊乱促进肿瘤生长。总之,通过这部分研究,我们确证了底物磷酸化对泛素化的交互调控在SCF介导的泛素降解过程中具有普遍性,我们还确定了广泛的磷酸化依赖的SCF底物,证明了一种被FBXO22识别的新型phosphodegron,还发现了参与肿瘤发生的新型ERK-FBXO22-BAG3调控轴。综上,我们利用基于生物质谱的定量修饰组学技术,在两种不同的生物模型中,系统性地研究了磷酸化和两种蛋白质酰化修饰的交互调控,并进一步地探究了这种交互调控机制在肿瘤中的生物学效应,揭示了交互调控在生命活动中的重要作用。本研究不仅提示了翻译后修饰的交互调控在生物体内的普遍性和重要性,同时也为其他修饰间交互调控的系统性研究提供了有价值的参考策略。